JP5430813B2 - Proline-accumulating yeast, method for producing the same, and method for producing sake using the yeast - Google Patents

Proline-accumulating yeast, method for producing the same, and method for producing sake using the yeast Download PDF

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Description

本発明は、エタノールや冷凍、乾燥などのストレスに対して優れた耐性を有するプロリン蓄積型形質転換酵母とその作出方法、及び該酵母を用いた醸造食品あるいは発酵食品、特に清酒の製造方法に関する。より具体的には、本発明は、遺伝子組換えにより、プロリンを細胞内に効果的に蓄積しその一部を細胞外に分泌するプロリンリッチな形質転換酵母及びその作出方法に関し、更には、該酵母を用いた味や風味が改善された清酒の製造方法に関する。   The present invention relates to a proline-accumulating transformed yeast having excellent resistance to stress such as ethanol, freezing, and drying, a method for producing the same, and a brewed food or fermented food using the yeast, particularly a method for producing sake. More specifically, the present invention relates to a proline-rich transformed yeast that effectively accumulates proline in cells and secretes a part thereof extracellularly by genetic recombination, and a method for producing the same. The present invention relates to a method for producing sake with improved taste and flavor using yeast.

味噌、醤油、酒、パンなどの発酵食品・醸造食品は、いずれも酵母の発酵あるいは醸造作用を応用したものであり、いまや日常生活に欠かせないものである。
このうち発酵食品とは、カビ・酵母・細菌などの発酵微生物が有機化合物を分解してアルコール類・有機酸類・二酸化炭素などを生成する発酵反応を利用して作られた食品を意味し、醸造食品とは、発酵・熟成によって作られた食品、すなわち醸造によって作られた食品を意味するものである。
これら発酵食品・醸造食品は、みそ、醤油、酢などの調味料、清酒、ビール、焼酎、ウイスキーなどの酒類、漬物、納豆、パン、チーズ、ヨーグルト、乳酸菌飲料など多岐にわたっている。同じ原材料を使っても、利用する発酵微生物が異なれば、別々の食品が製造される。米を原材料とする味噌や清酒の場合、麹カビを用いて麹を造るところまでは同じであるが、その後、乳酸菌の力を借りれば味噌となり、酵母を利用して醸造すれば清酒となる。さらにアルコ−ル発酵後に、酢酸菌を用いて醸造すれば酢になる。
近年、特に生活が豊かになるに伴い、多種多様な嗜好品が開発されている中で、味や香りの差別化、個性化が益々進みつつある。醸造品とりわけ酒類分野においてもこれは例外ではない。清酒においても嗜好品の生命でもある風味や香気の多様化を求める傾向が強くなってきた。清酒の味は多様な成分の相互作用により形成されているが、有機酸やアミノ酸の組成に大きく影響を受ける。一般に、清酒中のアミノ酸は、清酒の「雑味」の原因とされ、減らすべきであるとの考え方もあるが、醤油や味噌汁で明らかなように、アミノ酸自体に問題があるわけでなく、他の呈味成分、特に糖分や酸とのバランスにより、アミノ酸は「雑味」の原因にも「旨み」の成分にもなると考えられる。清酒中のアミノ酸は主として酵母によって合成されることから、清酒の味の多様化に応えるためには、清酒酵母のアルコール生成能を保ちながら,味に関与する有機酸組成のコントロールが可能な酵母や、アミノ酸の組成や生成量に特徴を持つ酵母の育種が重要である。
Fermented and brewed foods such as miso, soy sauce, sake, and bread are all applied to the fermentation or brewing action of yeast, and are now indispensable for daily life.
Of these, fermented food means food made using a fermentation reaction in which fermenting microorganisms such as mold, yeast, and bacteria decompose organic compounds to produce alcohols, organic acids, carbon dioxide, etc. A food means a food made by fermentation and aging, that is, a food made by brewing.
These fermented foods and brewed foods range from seasonings such as miso, soy sauce and vinegar, alcoholic beverages such as sake, beer, shochu, whiskey, pickles, natto, bread, cheese, yogurt, and lactic acid bacteria beverages. Even if the same raw materials are used, different foods are produced if different fermentation microorganisms are used. In the case of miso and sake made from rice, the process is the same until the koji is made using koji mold, but then it becomes miso with the help of lactic acid bacteria, and it becomes kake using yeast. Furthermore, after alcohol fermentation, if brewed using acetic acid bacteria, it becomes vinegar.
In recent years, especially as life has become richer, a variety of luxury products have been developed, and the differentiation and individualization of taste and fragrance is becoming increasingly popular. This is no exception in the field of brewing, especially in the liquor field. There is a growing tendency to demand a variety of flavors and aromas that are also the life of refined products in sake. The taste of sake is formed by the interaction of various components, but is greatly influenced by the composition of organic acids and amino acids. In general, amino acids in sake are considered to be the cause of the “miscellaneous taste” of sake, and some people think that they should be reduced. However, as is apparent in soy sauce and miso soup, there are no problems with amino acids themselves. It is considered that amino acids can be a cause of “miscellaneous taste” and a component of “umami” depending on the balance with the taste components, particularly sugar and acid. Since amino acids in sake are mainly synthesized by yeast, in order to respond to the diversification of the taste of sake, yeast that can control the organic acid composition related to taste while maintaining the alcohol-producing ability of sake yeast It is important to breed yeasts characterized by amino acid composition and production.

酵母は、およそ60属、500種に分類され、その分類体系は以下のとおりである。
1.有胞子酵母(33属、183種);
ビヒア(Picha)属;56種
ハンゼスラ属(Hansenula)属;30種
チゴサッカロミセス(Zygosaccharomyces)属;8種
サッカロミセス(Saccharomyces)属;7種
2.担子菌酵母(10属、36種)
3.不完全酵母(17属、281種)
カンジダ(Candeda);196種
Yeast is classified into approximately 60 genera and 500 species, and the classification system is as follows.
1. Spore yeast (33 genera, 183 species);
Picha; 56 species Hansenula genus; 30 species Zygosaccharomyces genus; 8 species Saccharomyces genus; 7 species Basidiomycetous yeast (10 genera, 36 species)
3. Incomplete yeast (17 genera, 281 species)
Candida; 196 species

これら酵母を使用、あるいは応用している「菌株」は、それぞれの食品ごとに全て異なっており、それがゆえに、醗酵・醸造食品は全て特有の風味を持っている。また、これら酵母は、例えば、「清酒酵母」、「アルコール酵母」、「ビール酵母」、「ブドウ酒酵母」、「パン酵母」などのように、その使用目的によって、それぞれの名前がつけられている。   The “strains” that use or apply these yeasts are all different for each food, and therefore all fermented and brewed foods have a unique flavor. These yeasts are named according to their intended use, such as “sake yeast”, “alcoholic yeast”, “beer yeast”, “vinegar yeast”, “baker yeast”, etc. Yes.

これら酵母は、醸造あるいは発酵生産環境において低温、凍結、乾燥、酸化、高浸透圧、高アルコール濃度、偏栄養などのストレスを受けており、このようなストレスを長時間受けると、多くの酵母細胞内のタンパク質は変性し、酵母の有用な機能が制限されるという問題がある。例えば、清酒酵母では、エタノールによるストレスによりその生産能が低減してしまうという問題を抱えている。   These yeasts are subjected to stresses such as low temperature, freezing, drying, oxidation, high osmotic pressure, high alcohol concentration, and malnutrition in brewing or fermentation production environments, and many yeast cells are subjected to such stress for a long time. The inner protein is denatured, and there is a problem that useful functions of yeast are limited. For example, sake yeast has a problem that its productivity is reduced by stress caused by ethanol.

このような問題を解決するために、本発明者らはすでに、プロリンが冷凍、乾燥、酸化などのストレスから酵母を保護する性質を有することに着目して、冷凍耐性を有する新規な酵母、特にパン酵母について特許出願をした(特許文献1参照)。この特許出願に係る発明は、菌体内に、プロリン、アルギニン、リジン、グルタミン酸から選ばれる1種以上のアミノ酸を蓄積する、冷凍耐性酵母及び該酵母を用いて冷凍パン生地、パンを製造する方法に関するものである。当該発明においては、特定アミノ酸を菌体内に蓄積する酵母を得るために、親株に変異誘導処理を行ったり、酵母生育のために必要な炭素源とは別に、特定アミノ酸の前駆体を培地に添加して、特定アミノ酸を菌体内に蓄積する方法が利用された。   In order to solve such problems, the present inventors have already focused on the fact that proline has the property of protecting yeast from stresses such as freezing, drying and oxidation. A patent application was made for baker's yeast (see Patent Document 1). The invention according to this patent application relates to a freeze-resistant yeast that accumulates one or more amino acids selected from proline, arginine, lysine, and glutamic acid in the fungus body, and a method for producing frozen bread dough and bread using the yeast. It is. In the present invention, in order to obtain a yeast that accumulates specific amino acids in the microbial cells, the parent strain is subjected to a mutagenesis treatment or a specific amino acid precursor is added to the medium separately from the carbon source necessary for yeast growth. Thus, a method for accumulating specific amino acids in the microbial cells was used.

また、本発明者らは、プロリンの毒性アナログであるアゼチジン-2-カルボン酸(AZC)に耐性を示す変異株の中から、細胞内にプロリンを蓄積し、親株よりも冷凍ストレス耐性を示す変異株(FH515株)を分離することに成功し、それについても報告を行った (非特許文献1参照)。通常の細胞ではプロリン合成系が厳密に調節されており、また分解系も存在するため、細胞内にプロリンは過剰に蓄積されることはない。したがって、酵母の野生株においてもプロリンの毒性アナログであるAZCを含む培地では生育できないが、細胞内のプロリン含量が増加した細胞では、相対的に細胞内に取り込まれたAZCが希釈され、AZC耐性になることがわかった。   In addition, the inventors have accumulated a proline in a cell out of mutants exhibiting resistance to azetidine-2-carboxylic acid (AZC), which is a toxic analog of proline, and exhibiting refrigeration stress resistance than the parent strain. We succeeded in isolating the strain (FH515 strain) and reported it (see Non-Patent Document 1). In normal cells, the proline synthesis system is strictly regulated, and there is also a degradation system, so proline is not accumulated excessively in the cells. Therefore, even in wild yeast strains, it cannot grow in a medium containing AZC, which is a toxic analog of proline, but in cells with increased proline content in the cell, the AZC incorporated into the cell is relatively diluted and is resistant to AZC. I found out that

さらに、本発明者らは、上記の文献で言及されている変異株ではγ−グルタミン酸リン酸化酵素(γ-GK)をコードする遺伝子(PRO1)に変異が入り、Asp154がAsnに置換していること (非特許文献2参照)、γ-GKの安定化によってγ-GKとγ−グルタミルリン酸還元酵素(γ-GPR)の両酵素活性が上昇し、プロリンが過剰合成されることについても報告した(非特許文献3参照)。   Furthermore, the present inventors have mutated the gene (PRO1) encoding γ-glutamate phosphorylase (γ-GK) in the mutant strains mentioned in the above-mentioned literature, and Asp154 is substituted with Asn. (Refer to Non-Patent Document 2) Reported that stabilization of γ-GK increases both γ-GK and γ-glutamylphosphate reductase (γ-GPR) enzyme activities, resulting in excessive synthesis of proline. (See Non-Patent Document 3).

本発明者らは、また、プロリン分解系の最初ステップに関与する酵素であるプロリンオキシダーゼの遺伝子(PUT1)を破壊すると、やはり細胞内プロリン含量が増加し、冷凍や乾燥ストレスに対する耐性が向上することを報告した(非特許文献4及び5参照)。   The present inventors also show that when the gene for proline oxidase (PUT1), an enzyme involved in the first step of the proline degradation system, is disrupted, the intracellular proline content also increases and resistance to freezing and drought stress is improved. (See Non-Patent Documents 4 and 5).

最近の遺伝子工学技術の進展には目覚しいものがあり、微生物の育種への応用として、遺伝子導入(組換え)による形質転換体の作出等が盛んに行われている。これは酒類などの醸造分野においても例外ではなく、変異株の場合と同様、作業の効率化、呈味性や香味といった酒質の改善のために醸造用酵母の遺伝子操作による形質転換の研究が盛んに行われている。しかしながら、その遺伝子組換え技術が酒類、ビール醸造に用いられる酵母に対して実用化された例はまだないのが現状である。ましてや、旨み、特に甘みの一因であるプロリンの細胞内蓄積量が向上し、かつその一部を細胞外に分泌し、しかもエタノール耐性及びエタノール産生能を向上させ得るような特性を有する酵母、特に清酒酵母は、未だ実用化されていないばかりか、その存在すら知られていなかった。
特開平9−234058号公報 H. Takagi, F. Iwamoto, and S. Nakamori, Appln. Microbiol., Biotecnol., 47, 405-411 (1977) Y. Morita, S. Nakamori, and H. Takagi, Appln. Environ. Microbiol., 69, 212-219 (2003) Y. Terao, S. Nakamori, and H. Takagi, Appln. Environ. Microbiol., 69, 6527-6532 (2003) H. Takagi, K. Sakai, K. Morida, and S. Nakamori, FEMS Microbiol. Lett., 184, 103-108 (2000) Y. Morita, S. Nakamori, and H. Takagi, J. Biosci. Bioeng., 94,390-394 (2002)
Recent progress in genetic engineering technology is remarkable, and as an application to the breeding of microorganisms, the production of transformants by gene transfer (recombination) has been actively performed. This is no exception in the brewing field such as liquor, and as in the case of mutant strains, research on transformation by genetic manipulation of brewing yeast has been conducted in order to improve work efficiency and improve liquor quality such as taste and flavor. It is actively done. However, at present, there are no examples in which the gene recombination technology has been put to practical use for alcoholic beverages and yeasts used for brewing beer. In addition, umami, in particular, yeast that has the characteristics that the intracellular accumulation amount of proline, which is a cause of sweetness, is secreted to the outside of the cell, and that ethanol resistance and ethanol production ability can be improved, In particular, sake yeast has not been put into practical use yet, and even its existence has not been known.
Japanese Patent Laid-Open No. 9-234058 H. Takagi, F. Iwamoto, and S. Nakamori, Appln.Microbiol., Biotecnol., 47, 405-411 (1977) Y. Morita, S. Nakamori, and H. Takagi, Appln. Environ. Microbiol., 69, 212-219 (2003) Y. Terao, S. Nakamori, and H. Takagi, Appln. Environ. Microbiol., 69, 6527-6532 (2003) H. Takagi, K. Sakai, K. Morida, and S. Nakamori, FEMS Microbiol. Lett., 184, 103-108 (2000) Y. Morita, S. Nakamori, and H. Takagi, J. Biosci. Bioeng., 94,390-394 (2002)

したがって、本発明の目的は、甘みの一因であるプロリンの細胞内蓄積量が向上し、かつその一部を細胞外に分泌し、しかも少なくともエタノール産生能を維持しつつ、エタノール耐性向上させ得るような特性を有する酵母、特に清酒酵母を提供することである。   Therefore, an object of the present invention is to improve the ethanol tolerance while improving the intracellular accumulation of proline, which contributes to sweetness, and secreting a part of it to the outside of the cell, and at least maintaining the ability to produce ethanol. It is providing the yeast which has such a characteristic, especially sake yeast.

より具体的には、本発明の目的は、酵母内プロリン代謝経路中、分解系の第1ステップに関与するプロリン分解酵素、すなわちプロリン酸化酵素(PO)をコードする遺伝子を破壊することによって、プロリンの分解系を抑制するとともに、他方で、合成系の第1ステップに関与するプロリン合成酵素であるγ−グルタミン酸リン酸化酵素(γ-GK)をコードする遺伝子をプロリン多産生型の遺伝子で置換することにより、プロリンを細胞内に効果的に蓄積し、かつその一部を細胞外に放出する形質転換酵母及びその作出方法を提供することである。さらに、本発明の別の目的は、このような形質転換酵母を用いて、旨みの向上した発酵あるいは醸造食品、特に多様な風味や香気を有する清酒を効率よく製造することである。   More specifically, the object of the present invention is to disrupt proline-degrading enzyme involved in the first step of the degradation system, ie, prolinease (PO), in the yeast proline metabolic pathway, thereby destroying proline. On the other hand, a gene encoding γ-glutamate kinase (γ-GK), which is a proline synthase involved in the first step of the synthesis system, is replaced with a proline-rich gene. Thus, it is to provide a transformed yeast that effectively accumulates proline in the cell and releases a part thereof outside the cell, and a method for producing the same. Furthermore, another object of the present invention is to efficiently produce fermented or brewed foods with improved umami, particularly sake having various flavors and aromas, using such transformed yeast.

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を行ったところ、酵母内プロリン代謝経路中、分解系の第1ステップに関与しているプロリン分解酵素をコードする遺伝子を破壊することによってプロリン分解系を抑制し、同時に、プロリン合成系の第1ステップに関与しているプロリン合成酵素をコードする遺伝子をプロリン多産生型遺伝子で置換することにより合成系を強化し、これによって、細胞内のプロリン含量がさらに増加され、かつ、その一部を細胞外に放出する新規な酵母を見出して本発明を完成した。また、これら形質転換酵母が、冷凍、乾燥、酸化、エタノールなどの各種ストレス、特にエタノールストレスに対して優れた耐性を有することを見出し、風味及び香気等の向上した清酒等の醸造あるいは醗酵食品の製造に有益であることを見出すことによって、本発明を完成させるに至った。   The present inventor conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, the proline degradation by destroying the gene encoding the proline degrading enzyme involved in the first step of the degradation system in the yeast proline metabolic pathway. The synthesis system is enhanced by substituting the gene encoding the proline synthase involved in the first step of the proline synthesis system with a proline multi-producing gene. The present invention has been completed by finding a novel yeast whose content is further increased and a part thereof is released to the outside of the cell. In addition, these transformed yeasts have been found to have excellent resistance to various stresses such as freezing, drying, oxidation and ethanol, in particular ethanol stress, and brewing or fermenting foods such as sake with improved flavor and aroma. By finding it beneficial to manufacture, the present invention has been completed.

即ち、本発明は、冷凍や乾燥、エタノールなどのストレスに対して優れた耐性を有する、プロリン蓄積型形質転換酵母とその作出方法及びその用途に関するものであり、具体的には以下のとおりである。   That is, the present invention relates to a proline-accumulating transformed yeast having excellent resistance to stresses such as freezing, drying, and ethanol, a method for producing the same, and uses thereof, and is specifically as follows. .

1.下記工程を含んでなる、清酒酵母を用いた、細胞内に蓄積したプロリンの一部を醸造の際に細胞外へ分泌する能力を有するプロリン蓄積型形質転換酵母の作出方法。
a)酵母内プロリン代謝経路において、プロリン分解酵素であるプロリン酸化酵素の遺伝子を破壊することからなるプロリン分解系を抑制する工程、
b)酵母内プロリン代謝経路において、プロリン合成酵素であるγ−グルタミン酸リン酸化酵素をコードする遺伝子のAsp154をAsnで置換することからなるプロリン合成系を強化する工程、及び
c)細胞内にプロリンを蓄積する菌株を選別分離する工程。
2.上記1に記載の方法によって得られるプロリン蓄積型形質転換酵母XUDput1-MT(FERM P−20171)。
3.上記2に記載のプロリン蓄積型形質転換酵母を用いて醸造を行うことを特徴とする清酒の製造方法。
1. A method for producing a proline-accumulating transformed yeast having the ability to secrete a portion of proline accumulated in cells to the outside during brewing, using sake yeast comprising the following steps.
a) a step of suppressing a proline degrading system consisting of destroying a gene of a proline oxidase that is a proline degrading enzyme in a proline metabolic pathway in yeast,
b) In the yeast proline metabolic pathway, the step of strengthening the proline synthesis system consisting of substituting Asn of Asp154 of the gene encoding γ-glutamate phosphorylase, a proline synthase, and c) proline in the cell A process of selecting and separating the accumulated strains.
2. A proline-accumulating transformed yeast XUDput1-MT (FERM P-20171) obtained by the method described in 1 above.
3. A method for producing sake, wherein the brewing is performed using the proline-accumulating yeast according to 2 above.

本発明によるプロリン蓄積型形質転換酵母は、菌体内外のプロリンが著しく増加しているばかりか、その一部を細胞外に分泌する作用を有するので、低温、凍結、乾燥、酸化、高浸透圧、偏栄養などのストレスに対する耐性を有するばかりでなく、高エタノール濃度における耐性にも非常に優れている。このことから、本発明酵母を使用することにより、風味や香味やの優れた清酒を効率よく製造することが出来る。   The proline-accumulating yeast according to the present invention not only has a significant increase in the amount of proline inside and outside the cell, but also has a function of secreting a part of it to the outside of the cell, so that it can be cooled, frozen, dried, oxidized, and hyperosmotic. In addition to having resistance to stress such as malnutrition, it also has excellent resistance to high ethanol concentrations. From this, by using the yeast of the present invention, sake with excellent flavor and flavor can be produced efficiently.

本発明で用いる酵母は、プロリン分解酵素としてのプロリン酸化酵素(PO)及びプロリン合成酵素としてのγ−グルタミン酸リン酸化酵素(γ-GK)の両酵素をコードする遺伝子を有するものであれば特に制限はなく、これら遺伝子を破壊し、置換することによって所望の酵母を得ることができる。しかし、好ましくはサッカロマイセス(Saccharomyces)属セレビシエ(cerevisiae)に属する酵母である。より具体的には、清酒酵母(協会7号酵母、協会9号酵母、協会10号酵母等)、焼酎酵母、ワイン酵母、ビール酵母、パン酵母等の実用酵母を含めたサッカロマイセス(Saccharomyces)属セレビシエ(cerevisiae)に属する酵母であり、特に好ましくはサッカロマイセス(Saccharomyces)属セレビシエ(cerevisiae)に属する清酒酵母である。   The yeast used in the present invention is not particularly limited as long as it has genes encoding both the prolylase (PO) as a proline-degrading enzyme and the γ-glutamate kinase (γ-GK) as a proline synthase. Rather, the desired yeast can be obtained by disrupting and replacing these genes. However, yeast belonging to the genus Saccharomyces cerevisiae is preferred. More specifically, Saccharomyces genus cerevisiae including sake yeast (Association No. 7 yeast, Association No. 9 yeast, Association No. 10 yeast, etc.), shochu yeast, wine yeast, beer yeast, baker's yeast and other practical yeasts. Yeast belonging to (cerevisiae), particularly preferably sake yeast belonging to the genus Saccharomyces cerevisiae.

サッカロマイセス(Saccharomyces)属セレビシエ(cerevisiae)に属する酵母のプロリン合成経路及びその分解経路は図1に示すとおりである。図中、( )内のイタリック文字は各酵素をコードする遺伝子名を示す。プロリン合成系は、原材料であるグルタミン酸が、γ−グルタミン酸リン酸化酵素(γ-GK)の作用によってγ−グルタミルリン酸(γ-GP)となる第1工程、γ-GPがγ-GP還元酵素(GPR)の作用によってグルタミン酸−γ−セミアルデヒド、ピロリン-5-カルボン酸(P5C)となる第2工程、P5CがP5C−還元酵素の作用によってプロリンとなる第3工程からなる。一方、プロリン分解系は、プロリン酸化酵素(PO)によってプロリンがP5Cとなる第1工程と、該P5Cが脱水素酵素の作用によってグルタミン酸に変換される2工程からなる。   The proline synthesis pathway and its degradation pathway of yeast belonging to the genus Saccharomyces cerevisiae are as shown in FIG. In the figure, italic letters in parentheses indicate the names of genes encoding each enzyme. The proline synthesis system is the first step in which glutamate, which is a raw material, becomes γ-glutamyl phosphate (γ-GP) by the action of γ-glutamate kinase (γ-GK), and γ-GP is a γ-GP reductase It consists of a second step in which glutamic acid-γ-semialdehyde and pyrroline-5-carboxylic acid (P5C) are converted by the action of (GPR), and a third step in which P5C is converted to proline by the action of P5C-reductase. On the other hand, the proline degrading system comprises a first step in which proline is converted to P5C by prophosphorylating enzyme (PO) and two steps in which the P5C is converted to glutamic acid by the action of dehydrogenase.

「プロリン酸化酵素遺伝子」とは、プロリンをP5Cに変換する酵素をコードする遺伝子であり、これを破壊(ノックアウト)することによってプロリンが分解されるのを抑制することができる。   The “prophosphate oxidase gene” is a gene encoding an enzyme that converts proline to P5C, and it is possible to suppress the degradation of proline by destroying (knockout) it.

「プロリン分解酵素遺伝子」とは、図1に示したプロリン分解系におけるプロリン酸化酵素をコードする遺伝子を意味するものである。   The “proline degrading enzyme gene” means a gene encoding a prophosphorylating enzyme in the proline degrading system shown in FIG.

「野生型プロリン合成酵素遺伝子」とは、図1に示したプロリン合成系の第1ステップにおいて作用する野生型γ−グルタミン酸リン酸化酵素(γ-GK)をコードする遺伝子を意味するものである。   The “wild-type proline synthase gene” means a gene encoding wild-type γ-glutamate kinase (γ-GK) that acts in the first step of the proline synthesis system shown in FIG.

「プロリン多産生型遺伝子」とは、具体的には野生型γ−グルタミン酸リン酸化酵素(γ-GK)をコードする遺伝子のAsp154部位をAsnで置換してなる遺伝子を意味するものである。   The “proline-rich gene” specifically means a gene obtained by substituting the Asp154 site of a gene encoding wild-type γ-glutamate phosphorylase (γ-GK) with Asn.

「プロリン蓄積型形質転換酵母」とは、酵母におけるプロリン分解系のプロリン酸化酵素をコードする遺伝子が破壊されて分解機能を失い、かつ、同合成系のγ-GK遺伝子をプロリン多産生型遺伝子で置き換えてなる遺伝子である。   “Proline-accumulating yeast” is a gene that encodes proline-degrading proline oxidase in yeast and loses its degradation function, and the synthetic γ-GK gene is a proline-producing gene. This is a replacement gene.

「破壊」とは、その遺伝子機能を喪失・失活させるような遺伝子操作をいい、具体的には相同組換えの方法によって行なわれる。   “Destruction” refers to genetic manipulation that causes loss or inactivation of the gene function, and is specifically performed by a homologous recombination method.

次に、本発明に係るプロリンを蓄積する形質転換酵母の作出方法について具体的に説明する。
本発明のプロリン蓄積型形質転換酵母の作出工程は、図1に示した酵母内プロリン代謝経路において、a)分解系を抑制する工程、b)合成系を強化する工程及びにc)プロリン蓄積型形質転換酵母の選別分離工程に大きく分けられる。
Next, a method for producing a transformed yeast that accumulates proline according to the present invention will be specifically described.
The production process of the proline-accumulating yeast of the present invention comprises the steps of a) suppressing the degradation system, b) strengthening the synthesis system, and c) proline-accumulating type in the yeast proline metabolic pathway shown in FIG. It can be roughly divided into the steps of selecting and separating transformed yeast.

a)分解系を抑制する工程
まず、分解系の抑制工程a)として、最初のプロリン分解酵素であるプロリンオキシダーゼ(プロリン酸化酵素)の遺伝子をコードしているPUT1を破壊する(図2)。
遺伝子破壊の方法は種々の方法が報告されているが、ある特定の遺伝子のみ破壊できるという点で、相同組換え法を用いるのが好ましい。相同組換えの中でも、自然復帰しない破壊株が取得でき、その結果、組換え体を取り扱う上で安全性が高い菌株が得られるという観点からすると、1段階染色体置換破壊法(one-step gene disruption)が好ましい。
a) Step of inhibiting degradation system First, as the degradation system inhibition step a), PUT1 encoding the gene of proline oxidase (prophosphorylating enzyme), which is the first proline degrading enzyme, is destroyed (FIG. 2).
Various methods for gene disruption have been reported, but it is preferable to use the homologous recombination method in that only a specific gene can be disrupted. Among homologous recombination, one-step gene disruption method (one-step gene disruption method) can be obtained from the viewpoint that a strain that does not revert spontaneously can be obtained and, as a result, a highly safe strain can be obtained. ) Is preferred.

PUT1の破壊は、プラスミド上にクローン化したPUT1のORFの大部分を欠失させ、そこに選択マーカー遺伝子(TRP1)を挿入した後、直鎖状のDNA断片を酵母に導入することにより、導入断片の両端を染色体上のPUT1との相同部分の間で2回の組換えを起こし、TRF1を挟み込んだDNA断片で置換する方法によって行なう。この方法によればは標的遺伝子の完全な欠失変異が得られ、しかも挿入断片の組換え脱落による復帰変異が起こらない利点がある。   The destruction of PUT1 is accomplished by deleting most of the ORF of PUT1 cloned on the plasmid, inserting a selectable marker gene (TRP1) into it, and then introducing a linear DNA fragment into yeast. It is carried out by a method in which both ends of the fragment are recombined twice between homologous portions of PUT1 on the chromosome and replaced with a DNA fragment sandwiching TRF1. According to this method, a complete deletion mutation of the target gene can be obtained, and there is an advantage that a back mutation due to recombination of the inserted fragment does not occur.

TRP1の両端の相同性領域の長さは、40塩基以上あればよく、好ましくは100塩基以上、より好ましくは500塩基以上である。また、両端それぞれの相同性は、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上である。   The length of the homology region at both ends of TRP1 may be 40 bases or more, preferably 100 bases or more, more preferably 500 bases or more. In addition, the homology between both ends is preferably 90% or more, more preferably 95% or more.

即ち、PUT1遺伝子の大部分を選択マーカー遺伝子に置換したDNA断片を清酒酵母の一倍体に導入した後、染色体上のPUT1との相同組換えにより形質転換体を取得する。このように得られた形質転換体のPUT1の破壊を確認する手段としては、プロリン資化能、PCR法(Polymer Chain Reaction, ポリメラーゼ連鎖反応法)、酵素活性測定及びプロリン含量の測定法などがある。   That is, a DNA fragment in which most of the PUT1 gene is replaced with a selection marker gene is introduced into a haploid of sake yeast, and then a transformant is obtained by homologous recombination with PUT1 on the chromosome. Means for confirming the destruction of PUT1 in the transformant thus obtained include proline assimilation ability, PCR method (polymer chain reaction method), enzyme activity measurement and proline content measurement method, etc. .

b)合成系の強化工程
次に、合成系の強化工程b)として、上記工程a)で得られたPUT1破壊株を用いて野生株PRO1を変異型PRO1に置換させる(図3)。URA3の選択マーカー遺伝子を使用し、変異型PRO1を組み込んだプラスミドを構築した後、PUT1破壊株に導入し、プラスミド上の変異型遺伝子PRO1と染色体上の野生型遺伝子PRO1との相同組換えにより、URA3を含むプラスミド全長が野生型PRO1座位に挿入された形質転換体を収得する。
b) Strengthening step of the synthetic system Next, as the reinforcing step b) of the synthetic system, the wild strain PRO1 is replaced with the mutant PRO1 using the PUT1-disrupted strain obtained in the above step a) (FIG. 3). Using a selectable marker gene of URA3, constructing a plasmid incorporating a mutant PRO1 and then introducing it into a PUT1-disrupted strain. By homologous recombination between the mutant gene PRO1 on the plasmid and the wild-type gene PRO1 on the chromosome, A transformant in which the entire length of the plasmid containing URA3 is inserted into the wild type PRO1 locus is obtained.

c)プロリン蓄積型形質転換酵母の選別分離工程
最後に、上記工程b)で得られた形質転換酵母をYPD完全培地と5-フルオロオロト酸(5-FOA)培地で培養することにより、野生型PRO1を含む領域を脱落させ、変異型PRO1のみが染色体に残る、プロリン蓄積株(AZC耐性)を分離する(図3)。
即ち、野生型PRO1とURA3を含むプラスミドを脱落させ、URA3が存在すると毒性化合物ができることにより生育できなくなる5-FOA培地を使用し、URA3欠損株を選別する。得られた5-FOA耐性コロニーの中からさらにプロリンを蓄積することによりAZCに耐性を示す株(変異型PRO1)と感受性を示す株(野生型PRO1)を選別する。両菌株のPRO1の塩基配列はダイレクトシークエンシングによって確認する。
c) Selection and separation step of proline-accumulating transformed yeast Finally, the transformed yeast obtained in the above step b) is cultured in a YPD complete medium and 5-fluoroorotic acid (5-FOA) medium to obtain a wild type The region containing PRO1 is removed, and a proline accumulating strain (AZC resistant) in which only mutant PRO1 remains in the chromosome is isolated (FIG. 3).
That is, a plasmid containing wild-type PRO1 and URA3 is removed, and a URA3-deficient strain is selected using a 5-FOA medium that cannot grow due to the formation of toxic compounds in the presence of URA3. By further accumulating proline from the obtained 5-FOA resistant colonies, a strain exhibiting resistance to AZC (mutant PRO1) and a strain exhibiting sensitivity (wild-type PRO1) are selected. The base sequence of PRO1 of both strains is confirmed by direct sequencing.

このようにして本発明者らは、プロリンを細胞内に蓄積する酵母の作製に成功し、このプロリン蓄積株(AZC耐性)をXUDput1-MTと命名し、独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センターにFERM P−20171として寄託した。   In this way, the present inventors succeeded in producing a yeast that accumulates proline in cells, and named this proline accumulating strain (AZC resistant) as XUDput1-MT. Deposited as FERM P-20171 at the Deposit Center.

また、本発明のプロリン蓄積型形質転換酵母について、エタノール存在下での生育実験の行い、その形質転換酵母のエタノール耐性などの特性を検討した。さらに、本発明のプロリン蓄積型形質転換酵母を用いて、清酒の小仕込実験を行い、その醸造特定についても検討を行った。   Moreover, about the proline accumulation type transformed yeast of this invention, the growth experiment in ethanol presence was conducted, and characteristics, such as ethanol tolerance of the transformed yeast, were examined. Furthermore, using the proline-accumulating yeast of the present invention, a small preparation experiment of sake was conducted, and the brewing specification was also examined.

本発明において、大腸菌からのプラスミド調製は、アルカリSDS法をベースにしたWizard Plus Minipreps DNA purification system(Promega社)を用いて行った。その他、大腸菌の形質転換、DNAの制限酵素による切断、連結などの遺伝子操作は「バイオマニュアルシリーズI 遺伝子工学の基本技術」(羊土社)および「バイオ実験イラストレイテッド」(秀潤社)に、また、酵母の取り扱いや遺伝子操作は「バイオマニュアルシリーズ10 酵母による遺伝子実験法」(羊土社)および「生物化学実験39 酵母分子遺伝子実験法」(学会出版センター)に準じて行った。   In the present invention, plasmid preparation from E. coli was performed using Wizard Plus Minipreps DNA purification system (Promega) based on the alkaline SDS method. Other genetic manipulations such as transformation of E. coli, DNA restriction enzyme ligation, and ligation are described in “Biomanual Series I: Basic Technology of Genetic Engineering” (Yodosha) and “Bio-Experiment Illustrated” (Shyujunsha). In addition, handling of yeast and gene manipulation were performed according to “Biomanual Series 10 Genetic Experiment Method Using Yeast” (Yodosha) and “Biochemical Experiment 39 Yeast Molecular Gene Experiment Method” (Academic Publishing Center).

以下、酵母サッカロマイセス(Saccharomyces)属セレビシエ(cerevisiae)を用いて本発明について具体的に述べるが、本発明はこれに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be specifically described using yeast Saccharomyces cerevisiae, but the present invention is not limited thereto.

本実施例で用いた実験材料及び試験方法は以下のとおりである。    The experimental materials and test methods used in this example are as follows.

1.菌株とプラスミド
(1)酵母 Saccharomyces cerevisiae;
「MB 株」はΣ1278bとS288C株の交雑株であり、「MB329-17C(MATα ura3-52 trp1 put1-54 azcs )」は、Dr. Marjorie Brandriss (米国 UMDNJ-New Jersey Medical School)から分譲を受けた。
「FH515 (MATα ura3-52 trp1 put1-54 pro1D154N AZCr)」は、エチルメタンスルホン酸(EMS)処理によりMB329-17C 株から分離したプロリン蓄積型 AZC 耐性変異株であり、PRO1 変異(Asp154Asn)を有している。
「XUW-14(MATα ura3 trp1)」は、清酒酵母の一倍体であり、福井県食品加工研究所の久保義人氏より分譲を受けたものである。
1. Strains and plasmids (1) Yeast Saccharomyces cerevisiae;
“MB strain” is a hybrid of Σ1278b and S288C strain, and “MB329-17C (MATα ura3-52 trp1 put1-54 azc s )” was sold by Dr. Marjorie Brandriss (UMDNJ-New Jersey Medical School, USA). I received it.
“FH515 (MATα ura3-52 trp1 put1-54 pro1 D154N AZC r )” is a proline-accumulating AZC-resistant mutant isolated from MB329-17C by treatment with ethylmethanesulfonic acid (EMS), and a PRO1 mutation (Asp154Asn) have.
“XUW-14 (MATα ura3 trp1)” is a haploid of sake yeast and was sold by Mr. Yoshito Kubo of Fukui Food Processing Research Institute.

(2)大腸菌 Escherichia coli;
・DH5α;
F- λ- φ80lacZ ΔM15 Δ(lacZYA argF)U169 deoR recA1 endA1 hsdR17(r- m +) supE44 thi-1 gyrA96
・JM109;
recA1 end1 gyr96 thi1 hsdR17 supE44 relA1 Δ(lac-proAB)/F’ [traD36 proAB+ laclq kacZΔM15]
(2) Escherichia coli;
・ DH5α;
F- λ- φ80lacZ ΔM15 Δ (lacZYA argF) U169 deoR recA1 endA1 hsdR17 (r k -m k + ) supE44 thi-1 gyrA96
・ JM109;
recA1 end1 gyr96 thi1 hsdR17 supE44 relA1 Δ (lac-proAB) / F '[traD36 proAB + laclq kacZΔM15]

(3)プラスミド;
「pBlue-PUT1」は、E. coliでの複製起点と選択マーカーのアンピシリン耐性遺伝子を含むpBluescriptIISK+(東洋紡社)のSalI-SacIサイトにPUT1断片を含む約2.6 kbの断片を組み込んでなるプラスミドである。
(3) plasmid;
“PBlue-PUT1” is a plasmid in which an approximately 2.6 kb fragment containing the PUT1 fragment is incorporated into the SalI-SacI site of pBluescriptIISK + (Toyobo Co., Ltd.) containing the origin of replication in E. coli and the ampicillin resistance gene of the selectable marker. .

「pRS414」(Stratagene社)は、酵母のセントロメア型のプラスミド(YCp型)であり、酵母での選択マーカーTRP1、及びE. coliでの複製起点と選択マーカーのアンピシリン耐性遺伝子を含んでなるプラスミドである。   “PRS414” (Stratagene) is a yeast centromere type plasmid (YCp type), a plasmid comprising the yeast selection marker TRP1, and the origin of replication in E. coli and the selection marker ampicillin resistance gene. is there.

「pRS-D154NPRO1」は、上記pRS414のHindIII-SacIサイトに変異型 PRO1(pro1D154N)を含む約1.8 kbの断片を組み込んでなるプラスミドである。 “PRS-D154NPRO1” is a plasmid obtained by incorporating a fragment of about 1.8 kb containing the mutant PRO1 (pro1 D154N ) into the HindIII-SacI site of pRS414 .

「pRS406」(Stratagene社)は、染色体への組込み型のプラスミド(YIp型)であって、酵母での選択マーカーURA3、及びE. coliでの複製起点と選択マーカーのアンピシリン耐性遺伝子を含んでいる。酵母中では自律複製せず、相同組換えによる染色体への組込みによってのみ維持される。   “PRS406” (Stratagene) is a chromosomal integrative plasmid (YIp type), which contains the selection marker URA3 in yeast and the origin of replication in E. coli and the ampicillin resistance gene of the selection marker. . It does not replicate autonomously in yeast and is maintained only by chromosome integration by homologous recombination.

「pUV2 (九州工業大学の仁川 純一先生より分譲)」は、酵母の2μmDNA 複製起点を持つ多コピープラスミド(YEp型)であって、酵母での選択マーカーURA3、およびE. coli での複製起点と選択マーカーのアンピシリン耐性遺伝子を含んでいる。   “PUV2 (distributed by Dr. Junichi Incheon of Kyushu Institute of Technology)” is a multi-copy plasmid (YEp type) having a 2 μm DNA replication origin of yeast, which is the selection marker URA3 in yeast and the origin of replication in E. coli. Contains the selectable marker ampicillin resistance gene.

「pUV-PRO2」は、pUV2のBamHIサイトに野生型PRO2を含む約3.4 kbの断片を組み込んだプラスミドである。   “PUV-PRO2” is a plasmid in which an approximately 3.4 kb fragment containing wild-type PRO2 is incorporated into the BamHI site of pUV2.

2.培地
使用した培地は、以下のとおりである。
2. Medium The medium used is as follows.

(1)YPD 培地 (酵母用完全培地);
グルコース 2%
ポリペプトン 2%
酵母エキス 1%
必要に応じて寒天(2%)を添加した。
(1) YPD medium (complete medium for yeast);
Glucose 2%
Polypeptone 2%
Yeast extract 1%
Agar (2%) was added as needed.

(2)SD 培地 (酵母用最少培地);
グルコース 2%
Yeast nitrogen base w/o amino acids (Difco Laboratories 社) 0.67%
必要に応じて各菌株の要求物質(Uracil 16 mg/L、L-Leucine、L-Histidine-HCl、L-Tryptophan を各 40 mg/L)または寒天(2%)を添加した。
(2) SD medium (minimum medium for yeast);
Glucose 2%
Yeast nitrogen base w / o amino acids (Difco Laboratories) 0.67%
As required, substances required for each strain (Uracil 16 mg / L, L-Leucine, L-Histidine-HCl, L-Tryptophan 40 mg / L each) or agar (2%) was added.

(3)SD(-N)培地(SDより硫安を除いた培地);
グルコース 2%
Yeast nitrogen base w/o (NH4)2SO4, amino acids(Difco Laboratories社)0.67%
必要に応じて窒素源を0.1%プロリンまたはグルタミン酸ナトリウムとし、寒天(2%)も添加した。
(3) SD (-N) medium (medium excluding ammonium sulfate from SD);
Glucose 2%
Yeast nitrogen base w / o (NH4) 2SO4, amino acids (Difco Laboratories) 0.67%
If necessary, the nitrogen source was 0.1% proline or sodium glutamate, and agar (2%) was also added.

(4)SC培地 (酵母用合成完全培地);
グルコース 2%
Yeast nitrogen base w/o amino acids (Difco Laboratories社) 0.67%
Drop-out mixture 0.2%
上記「Drop-out mixture」 は、表1の物質から必要に応じて特定の物質を除き、残りをよく混合したものである。
(4) SC medium (complete synthetic medium for yeast);
Glucose 2%
Yeast nitrogen base w / o amino acids (Difco Laboratories) 0.67%
Drop-out mixture 0.2%
The above “Drop-out mixture” is a mixture obtained by removing specific substances from the substances shown in Table 1 as necessary and mixing the rest well.

Figure 0005430813
酵母の培養は、30℃で行い、液体培地ではアルミキャップを用いた試験管又はシリコ栓を用いた坂口フラスコを用いて培養した。
Figure 0005430813
The yeast was cultured at 30 ° C., and the liquid medium was cultured using a test tube using an aluminum cap or a Sakaguchi flask using a silico stopper.

(5)LB培地(大腸菌用完全培地);
トリプトン 1%
酵母エキス 1%
NaCl 0.5%
必要に応じて アンピシリン (Amp)(50μg/ml)、寒天 ( 2% )を添加した。
(5) LB medium (complete medium for E. coli);
Tryptone 1%
Yeast extract 1%
NaCl 0.5%
Ampicillin (Amp) (50 μg / ml) and agar (2%) were added as needed.

(6)5-フルオロオロト酸(5-FOA)培地(500 ml分);
表2の通り。
(6) 5-fluoroorotic acid (5-FOA) medium (for 500 ml);
As shown in Table 2.

Figure 0005430813
Agarと水をオートクレーブ後(121℃、15分)、冷却してから他の成分を添加する。
Figure 0005430813
After autoclaving Agar and water (121 ° C, 15 minutes), cool and add other ingredients.

ここで「10×YNB」は、下記のとおりである。
Yeast nitrogen base w/o amino acids (Difco Laboratories 社) 1.5%
硫酸アンモニウム 5%
Here, “10 × YNB” is as follows.
Yeast nitrogen base w / o amino acids (Difco Laboratories) 1.5%
Ammonium sulfate 5%

ここで「10×HC-7aa」は、表3のとおりである。

Figure 0005430813
Here, “10 × HC-7aa” is as shown in Table 3.
Figure 0005430813

3.DNAオリゴマー
本実験で用いたDNAオリゴマーの配列を表4に示す。各オリゴマーの合成は北海道システムサイエンス社に委託した。
3. DNA oligomer Table 4 shows the sequences of the DNA oligomers used in this experiment. The synthesis of each oligomer was outsourced to Hokkaido System Science.

Figure 0005430813
下線部は各制限酵素の認識部位を示す。
Figure 0005430813
The underlined portion indicates the recognition site of each restriction enzyme.

4.試験方法
(1)細胞内プロリン含量の測定
(1)-1.乾燥重量の測定
培養後の吸光度 (OD600) を測定し、x=y/978.45の式(x=5mlあたりの乾燥重量(g)、y=OD600)を用いて菌体の乾重量を算出した。
4). Test method (1) Measurement of intracellular proline content
(1) -1. Measurement of dry weight Absorbance (OD600) after culture was measured, and the dry weight of the cells was calculated using the formula x = y / 978.45 (x = dry weight per 5 ml (g), y = OD600).

(1)-2.アミノ酸アナライザーによる定量
各菌株を5mlのSD 培地で30℃で48時間培養した後、遠心分離機(3,500回転/分)に10 分間かけて集菌し、さらに洗浄し、0.5mlの滅菌水で菌体を懸濁した後、100℃で10分間熱水処理した。遠心分離(12,000回転、5分)の後、上清を0.02NHClで5〜10倍に希釈し(ただし、清酒に関しては50倍希釈)、フィルターろ過後、アミノ酸アナライザー(日立社製:L-8500A 高圧アミノ酸分析計)に供した。スタンダードには1mlのアミノ酸混合標準液(各アミノ酸2nmol/20μl含有)を同じくフィルターろ過したものを用いた。
(1) -2. Quantification with amino acid analyzer Each strain was cultured in 5 ml of SD medium at 30 ° C for 48 hours, then collected in a centrifuge (3,500 rpm) for 10 minutes, further washed, and washed with 0.5 ml of sterile water. After suspending the body, it was treated with hot water at 100 ° C. for 10 minutes. After centrifugation (12,000 rpm, 5 minutes), the supernatant is diluted 5 to 10 times with 0.02NHCl (but 50 times for sake), filtered, and amino acid analyzer (Hitachi: L-8500A) High pressure amino acid analyzer). As the standard, 1 ml of amino acid mixed standard solution (containing 2 nmol / 20 μl of each amino acid) was similarly filtered and used.

(2)エタノールストレス感受性テスト
各菌株を10mlのYPD培地で30℃、48hr振とう培養後(前培養)、SD(9ml)+前培養液(1ml)[エタノールfinal 0%(v/v)]、SD+10%エタノール(9ml)+前培養液(1ml)[エタノールfinal 9%(v/v)]、SD+20%エタノール(9ml)+前培養液(1ml)[エタノールfinal 18%(v/v)]を調製し、30℃に静置して本培養を行った。0、2、5及び8日後に各培養液を希釈し、YPDプレートに塗り広げ、30℃、2日間培養した。生じたコロニー数を数え、培養0日の生菌数を100%として生存率を算出した。また、5mlの前培養液を用いて細胞内プロリン含量を測定した。
(2) Ethanol stress susceptibility test After each strain was cultured in 10 ml of YPD medium at 30 ° C for 48 hours with shaking (preculture), SD (9 ml) + preculture (1 ml) [ethanol final 0% (v / v)] SD + 10% ethanol (9 ml) + preculture (1 ml) [ethanol final 9% (v / v)], SD + 20% ethanol (9 ml) + preculture (1 ml) [ethanol final 18% (v / v)] Was prepared and allowed to stand at 30 ° C. for main culture. After 0, 2, 5, and 8 days, each culture solution was diluted, spread on a YPD plate, and cultured at 30 ° C. for 2 days. The number of colonies produced was counted, and the survival rate was calculated with the number of viable bacteria on day 0 of culture as 100%. In addition, the intracellular proline content was measured using 5 ml of the preculture.

(3)プロリンオキシダーゼ活性の測定
50mlのSD液体培地で30℃、48hr培養後、フィルター上に集菌し、液体窒素に10秒間浸した。
次に、氷冷した10mlのHEPES buffer(pH7.5)+3mM MgCl2が入ったアシストチューブにメンブレンフィルターを入れ氷上に置き、すべてのサンプルが揃ったら、ボルテックスミキサーの最大スピードで攪拌懸濁し、粗酵素液とした。
次に、マイクロチューブに0.5mlの粗酵素液を入れ、10%プロリンを0.4ml加え30℃で15minインキュベートした。その後、0.1mlのo-aminobenzaldehyde溶液(Sigma社)と0.5mlの10%TCAを加えボルテックスし、発色するまで30min静置した。遠心分離(12,000回転/分、5分)の後、上澄みの吸光度(OD443)を測定し、プロリンオキシダーゼ活性値とした。
なお、酵素活性は30℃、1minに1nmolのΔ1-pyrroline-5- carboxylate(P5C)-o-aminobenzaldehyde複合体(ε=2.71×103M-1・cm-1)を生成する酵素量を1unitとした。数1に算出式を示す。
(3) Measurement of proline oxidase activity
After culturing in 50 ml of SD liquid medium at 30 ° C. for 48 hours, the cells were collected on a filter and immersed in liquid nitrogen for 10 seconds.
Next, place the membrane filter in an ice-cooled assist tube containing 10 ml of HEPES buffer (pH 7.5) + 3 mM MgCl 2 and place on ice. When all the samples are ready, stir and suspend at the maximum speed of the vortex mixer. An enzyme solution was used.
Next, 0.5 ml of the crude enzyme solution was placed in the microtube, 0.4 ml of 10% proline was added, and the mixture was incubated at 30 ° C. for 15 minutes. Thereafter, 0.1 ml of o-aminobenzaldehyde solution (Sigma) and 0.5 ml of 10% TCA were added and vortexed, and allowed to stand for 30 minutes until color was developed. After centrifugation (12,000 revolutions / minute, 5 minutes), the absorbance (OD443) of the supernatant was measured and used as the proline oxidase activity value.
The enzyme activity is the amount of enzyme that produces 1 nmol of Δ 1 -pyrroline-5-carboxylate (P5C) -o-aminobenzaldehyde complex (ε = 2.71 × 10 3 M -1 · cm -1 ) per 30 min at 30 ° C. 1 unit. Formula 1 shows the calculation formula.

Figure 0005430813
Figure 0005430813

1.プロリン蓄積株の作製
プロリンを蓄積する清酒酵母の作製は、清酒酵母の一倍体であるXUW-14 (MATα ura3 trp1)をTRIP1でPUT1破壊して得られるXUDput1を変異型PRO1(pro1D154N)で置換することによってプロリン蓄積株XUDput1-MTを得た。以下、これについて具体的に順を追って説明する。
1. Production of proline-accumulating strains Sake yeast that accumulates proline is produced by mutating XUDput1 obtained by destroying PUT1 of XUW-14 (MATα ura3 trp1), which is a haploid of sake yeast, with TRIP1 and using PRO1 (pro1 D154N ) A proline-accumulating strain XUDput1-MT was obtained by substitution. Hereinafter, this will be specifically described in order.

a)分解系の抑制工程:PUT1遺伝子の破壊
図2に示したように、プラスミドpBlue-PUT1を制限酵素Bal IとI Aat Iで切断し、電気泳動によりPUT1のORFの一部を除去した断片(3.9kb)を回収し、プラスミドpRS414(Stratagene社より購入)を制限酵素Nae IとSca Iで切断して得られたTRP1含有断片(2.6kb)をこれに連結した後、大腸菌JM109株に導入した。アンピシリン耐性を示す形質転換体からプラスミドを調製し、これをpBlue-Dput1-TRP1と命名した。
a) Suppression process of degradation system: disruption of PUT1 gene As shown in Fig. 2, plasmid pBlue-PUT1 was cleaved with restriction enzymes Bal I and I Aat I and a part of ORF of PUT1 was removed by electrophoresis. (3.9 kb) was recovered, and a TRP1-containing fragment (2.6 kb) obtained by cleaving plasmid pRS414 (purchased from Stratagene) with restriction enzymes Nae I and Sca I was ligated thereto and then introduced into E. coli strain JM109. did. A plasmid was prepared from a transformant exhibiting ampicillin resistance and named pBlue-Dput1-TRP1.

次に、上記のプラスミドpBlue-Dput1-TRP1を制限酵素BamH IとKpn Iで切断してTRP1含有断片(3.6kb)を回収し、この断片を用いて清酒酵母の一倍体XUW-14株のPUT1と相同組換えにより形質転換を行い、清酒酵母のPUT1破壊株(XUDput1)を得た。   Next, the plasmid pBlue-Dput1-TRP1 was cleaved with restriction enzymes BamH I and Kpn I to recover a TRP1-containing fragment (3.6 kb). Using this fragment, a haploid XUW-14 strain of sake yeast was used. Transformation was performed by homologous recombination with PUT1 to obtain a PUT1 disruption strain (XUDput1) of sake yeast.

PUT1の破壊の確認するために、上記プラスミドpBlue-Dput1-TRP1を制限酵素BamH IとKpn Iで切断して得られたTRP1を含む断片(3.6 kb)を回収し、この断片を用いてXUW14株のPUT1との相同組換えを利用した形質転換を行った後、SC-Trpプレートに塗り広げ、30℃で2〜3日間培養した。得られたTrpのコロニーをSD(-N)+0.1%グルタミン酸ナトリウム培地とSD(-N)+0.1%プロリン培地で培養し、グルタミン酸ナトリウム培地では生育するが、プロリン培地では生育できないクローンについて、コロニーPCRによってPUT1の破壊を確認した。
より詳しくは、PUT1の破壊の確認は、以下4つの方法によって確認された。
In order to confirm the destruction of PUT1, a fragment (3.6 kb) containing TRP1 obtained by cleaving the above plasmid pBlue-Dput1-TRP1 with restriction enzymes BamH I and Kpn I was recovered, and this fragment was used to obtain the XUW14 strain. After transformation using homologous recombination with PUT1, the cells were spread on SC-Trp plates and cultured at 30 ° C. for 2 to 3 days. The obtained Trp + colonies were cultured in SD (-N) + 0.1% sodium glutamate medium and SD (-N) + 0.1% proline medium, and grown on sodium glutamate medium, but not on proline medium. The destruction of PUT1 was confirmed by colony PCR.
More specifically, the confirmation of the destruction of PUT1 was confirmed by the following four methods.

1)プロリン資化能;
一般に、酵母はグルタミン酸やプロリンを唯一のN源として生育できるが、PUT1破壊株はプロリンを資化できないことが知られている。そこで、本実験では、SD寒天培地でリフレッシュした各菌株を0.1%グルタミン酸ナトリウム(MSG)、またはプロリンを唯一の窒素源に用いた寒天培地(C源は2%グルコース)にそれぞれストリーク後、30℃で培養し、生育度を比較した。
その結果、野生株(XUW-TRP)はプロリンを唯一のN源として生育したが、プロリンオキシダーゼをコードするPUT1を破壊した菌株(XUWDput1)では生育できないことが確認された。
1) Proline utilization ability;
In general, yeast can grow using glutamic acid or proline as the only N source, but it is known that a PUT1-disrupted strain cannot assimilate proline. Therefore, in this experiment, each strain refreshed on SD agar medium was streaked to 0.1% sodium glutamate (MSG) or agar medium using proline as the only nitrogen source (C source is 2% glucose), and then 30 ° C. And the degree of growth was compared.
As a result, it was confirmed that the wild strain (XUW-TRP) grew using proline as the only N source, but could not grow on the strain (XUWDput1) in which PUT1 encoding proline oxidase was destroyed.

2)ゲノミックPCR;
先に述べた方法によって得られたTrp+コロニーから染色体DNAを調製し、各プライマーを用いたPCRによってPUT1の破壊を確認した。TRP1内部のプライマーを片側に用いると、XUW-TRP(野生株)では増幅は見られなかったが、XUDput1(PUT1破壊株)では特異的なバンドが増幅しており(レーン(3);2,750bp、レーン(5);1,930bp)、PUT1破壊が確認できた。
2) Genomic PCR;
Chromosomal DNA was prepared from the Trp + colony obtained by the method described above, and the destruction of PUT1 was confirmed by PCR using each primer. When the primer inside TRP1 was used on one side, amplification was not observed in XUW-TRP (wild type strain), but a specific band was amplified in XUDput1 (PUT1 disruption strain) (lane (3); 2,750 bp) , Lane (5); 1,930 bp), PUT1 destruction was confirmed.

3)プロリンオキシダーゼ活性;
次に、各菌株から細胞抽出液を調製し、プロリンオキシダーゼ活性を測定した。測定結果を表5に示す。この測定結果をみると、野生株(XUW-TRP)はいずれの培地でもプロリンオキシダーゼ活性が検出できた。特に、プロリン添加培地では約3倍に活性値が上昇しており、プロリンによってPUT1の発現が誘導されていることが確認できた。一方、PUT1破壊株(XUDput1)では、活性はほとんど検出されなかった。
3) proline oxidase activity;
Next, a cell extract was prepared from each strain, and proline oxidase activity was measured. Table 5 shows the measurement results. As a result of the measurement, the proline oxidase activity was detected in the wild strain (XUW-TRP) in any medium. In particular, the activity value increased about 3-fold in the proline-added medium, and it was confirmed that the expression of PUT1 was induced by proline. On the other hand, almost no activity was detected in the PUT1-disrupted strain (XUDput1).

Figure 0005430813
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4)細胞内プロリン含量;
最後に、各菌株を最少培地で2日間培養後、細胞内のプロリン含量を測定した。その測定結果を表6に示す。この測定結果をみると、通常のSD培地では両菌株ともプロリンはほとんど検出されなかったが、プロリンを添加した培地では、PUT1破壊株(XUDput1)はプロリンを分解できないため、細胞内にプロリンが蓄積していた(約0.7%乾燥重量)。
4) intracellular proline content;
Finally, after each strain was cultured in a minimal medium for 2 days, the intracellular proline content was measured. The measurement results are shown in Table 6. From this measurement result, almost no proline was detected in both strains in the normal SD medium. However, in the medium supplemented with proline, the PUT1-disrupted strain (XUDput1) cannot degrade proline, so proline accumulates in the cells. (About 0.7% dry weight).

Figure 0005430813
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以上の結果から、XUDput1株では染色体上のPUT1が破壊されていることが確認できた。   From the above results, it was confirmed that PUT1 on the chromosome was destroyed in XUDput1 strain.

b)合成系の強化工程:変異株PRO1遺伝子(pro1D154N)への置換
プラスミドpRS-D154NPRO1を制限酵素Hind IIIとSac Iで切断し、電気泳動によりpro1D154N遺伝子を含む断片(1.8kb)を回収し、プラスミドpR406(Stratagene社より購入)を制限酵素Hind IIIとSac Iで切断して得られたURA3含有断片(4.3kb)と連結した後、大腸菌JM109株に導入した。アンピシリン耐性の形質転換体から変異型PRO1を組み込んだプラスミドを抽出し、PRO1内に一ヶ所存在するXba Iで切断した直鎖状断片を調製した後、上記a)で得られたXUDput1を形質転換し、SC-Uraプレートに塗り広げ、30℃で2〜3日間培養した。
b) Strengthening step of synthetic system: replacement with mutant PRO1 gene (pro1 D154N ) Plasmid pRS-D154NPRO1 was cleaved with restriction enzymes Hind III and Sac I, and a fragment (1.8 kb) containing pro1 D154N gene was recovered by electrophoresis. The plasmid pR406 (purchased from Stratagene) was ligated with a URA3-containing fragment (4.3 kb) obtained by digestion with restriction enzymes Hind III and Sac I, and then introduced into E. coli strain JM109. After extracting a plasmid incorporating mutant PRO1 from ampicillin resistant transformants and preparing a linear fragment cleaved with Xba I existing in one place in PRO1, transform XUDput1 obtained in a) above. And spread on SC-Ura plates and cultured at 30 ° C. for 2-3 days.

この際、Ura+かつAZC耐性を示すコロニーは、プラスミド上の変異型PRO1がXUDput1株の染色体上の野生型PRO1と相同組換えを起こし、URA3を含むプラスミド全長(直鎖状断片)が野生型PRO1座位に挿入された形質転換体が得られる。
次に、野生型PRO1とURA3を含むプラスミドを脱落させる目的で、Ura+かつAZC耐性を示すコロニーを1mlのYPD培地で30℃、1日培養後、新しいYPD培地に5%シードし、さらに1日培養し、培養液を希釈せずに5-FOA含有プレートに塗り広げた。
At this time, Ura + and AZC-resistant colonies are found in the mutant PRO1 on the plasmid that undergoes homologous recombination with the wild-type PRO1 on the chromosome of the XUDput1 strain, and the full-length plasmid containing URA3 (linear fragment) has the wild-type PRO1. A transformant inserted at the locus is obtained.
Next, in order to remove the plasmid containing wild-type PRO1 and URA3, Ura + and AZC-resistant colonies were cultured in 1 ml of YPD medium at 30 ° C for 1 day, then seeded with 5% in fresh YPD medium, and then for 1 day. After culturing, the culture broth was spread on a 5-FOA-containing plate without dilution.

c)細胞内にプロリンを蓄積する 菌株の選別分離工程
こうして得られた5-FOA耐性コロニーをAZC(100μg/ml)を含むSD培地にストリークし、AZC耐性コロニーを変異株PRO1遺伝子(pro1D154N)が染色体に残った菌株として選別し、XUDput1-MTとして命名し、この形質転換酵母(XUDput1-MT)はFERM P−20171として独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センターに寄託した。
c) Process for selecting and separating strains that accumulate proline in cells The 5-FOA resistant colonies thus obtained are streaked in an SD medium containing AZC (100 μg / ml), and the AZC resistant colonies are mutated in the PRO1 gene (pro1 D154N ). Was selected as a strain remaining on the chromosome and named as XUDput1-MT, and this transformed yeast (XUDput1-MT) was deposited as FERM P-20171 at the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology Patent Organism Depositary.

一方、AZC感受性を示すコロニーは野生型PRO1が染色体上に残った菌株として選別し、XUDput1-WTと名づけた。さらに両菌株のPRO1断片をPCRによって調製し、ダイレクトシークエンシングによって目的の塩基配列であることを確認した。   On the other hand, a colony showing AZC sensitivity was selected as a strain in which wild-type PRO1 remained on the chromosome and named XUDput1-WT. Furthermore, PRO1 fragments of both strains were prepared by PCR and confirmed to be the target nucleotide sequences by direct sequencing.

本実施例では、変異型PRO1(pro1D154N)への置換と細胞内プロリン含量について検討した。
PUT1破壊株の染色体上のPRO1を変異型PRO1(pro1D154N)に置換した菌株(XUDput1-MT)と野生株(XUDput1-WT)のAZCに対する感受性を比較した。その結果、AZCを含むSD培地ではXUDput1-WTは生育することができず感受性を示したが、XUDput1-MTでは生育することができた。また、両菌株の細胞内プロリン含量を測定したところ、AZC培地での生育と関連して、XUDput1-MTではプロリンが多く蓄積していた(表7)。
In this example, substitution to mutant PRO1 (pro1 D154N ) and intracellular proline content were examined.
The susceptibility to AZC of the strain (XUDput1-MT) and the wild strain (XUDput1-WT) in which PRO1 on the chromosome of the PUT1-disrupted strain was replaced with mutant PRO1 (pro1 D154N ) was compared. As a result, XUDput1-WT could not grow on SD medium containing AZC, but showed sensitivity, but it could grow on XUDput1-MT. Further, when the intracellular proline content of both strains was measured, a large amount of proline was accumulated in XUDput1-MT in relation to the growth in AZC medium (Table 7).

Figure 0005430813
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本実施例では、PRO2遺伝子の多コピー導入について検討を行った。
FH515株ではγ-GKのアミノ酸置換(D154N)によりγ-GKとγ-GPRの安定性が向上したため、両活性の見かけ上の比活性が上昇し、細胞内にプロリンを蓄積すると考えられた。そこで、実験室株(INVSc1)において両酵素の遺伝子を多コピーで発現させ、遺伝子増幅効果(gene dosage effect)によって酵素活性を増加させたところ、細胞内プロリン含量の増加に成功した。
In this example, introduction of multiple copies of the PRO2 gene was examined.
In the FH515 strain, the stability of γ-GK and γ-GPR was improved by γ-GK amino acid substitution (D154N), so the apparent specific activity of both activities increased, and it was thought that proline was accumulated in the cells. Thus, in the laboratory strain (INVSc1), the genes of both enzymes were expressed in multiple copies and the enzyme activity was increased by the gene dosage effect, and the intracellular proline content was successfully increased.

清酒酵母においても同様の効果があるかどうか調べる目的で、プラスミドpTV-PRO2を制限酵素BamH Iで切断し、PRO2遺伝子を含む3.4 kbの断片をアガロースゲルから回収した後、プラスミドpUV2のBamH I切断部位に連結し、大腸菌DH5α株に導入した。Amp耐性を示す形質転換体コロニーからPRO2遺伝子が正しく組み込まれたプラスミド(pUV-PRO2)を調製した後、XUDput1-MT株に導入して、細胞内プロリン含量を測定した。その測定結果を表8に示す。この測定結果から、培地や培養方法を変えてプロリン含量への影響を調べてみたが、PRO2の多コピー導入は効果がなかった。   For the purpose of examining whether the same effect is obtained in sake yeast, the plasmid pTV-PRO2 was digested with the restriction enzyme BamH I, and a 3.4 kb fragment containing the PRO2 gene was recovered from the agarose gel, and then the plasmid pUV2 was digested with BamHI. It was ligated to the site and introduced into E. coli DH5α strain. After preparing a plasmid (pUV-PRO2) in which the PRO2 gene was correctly integrated from a transformant colony showing Amp resistance, it was introduced into the XUDput1-MT strain, and the intracellular proline content was measured. The measurement results are shown in Table 8. From this measurement result, the influence on proline content was examined by changing the culture medium and culture method, but introduction of multiple copies of PRO2 was not effective.

Figure 0005430813
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本実施例では実験室酵母と本発明のプロリン蓄積型酵母に対してエタノール存在下での生育を調べ、エタノールストレス感受性を検討し、その測定結果を表9に示す。
実験室酵母(MB329-17C、FH515)では、γ-GKのアミノ酸置換(D154N)によってFH515ではプロリンを蓄積し、かつエタノール存在下での生存率も高いことが判明した。
In this example, the laboratory yeast and the proline-accumulating yeast of the present invention were examined for growth in the presence of ethanol, ethanol stress sensitivity was examined, and the measurement results are shown in Table 9.
In laboratory yeast (MB329-17C, FH515), it was found that FH515 accumulates proline by amino acid substitution (D154N) of γ-GK and has a high survival rate in the presence of ethanol.

エタノール存在下(9%、18%)では、プロリン蓄積株(XUDput1-MT(pUV-PRO2))の方が対(XUW-TRP(pUV2))よりも生存率が高い傾向にあった。また、全体的に各菌株は9%エタノール存在下ではエタノール無添加培地よりも生存率が高かった。   In the presence of ethanol (9%, 18%), the proline-accumulating strain (XUDput1-MT (pUV-PRO2)) tended to have a higher survival rate than the pair (XUW-TRP (pUV2)). Overall, each strain had a higher survival rate in the presence of 9% ethanol than the ethanol-free medium.

Figure 0005430813
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本実施例では、プロリン蓄積株(XUDput1-MT(pUV-PRO2))と対照株(XUW-TRP(pUV2))を用いて清酒の小仕込み試験を行った(福井県食品加工研究所で実施)。仕込みに用いた米は表10に示すとおり。
小仕込み試験に用いた菌株は、野生型PRO1を変異型PRO1(pro1D154N)に置換した株にPRO2を多コピー導入した株(XUDput1-MT(pUV-PRO2))、およびコントロールとしてXUW-14株のtrp1をpRS414(TRP1)で、ura3をpUV2(URA3)でそれぞれ相補した株(XUW-TRP(pUV2))を用いた。
In this example, a small amount of sake was prepared using a proline-accumulating strain (XUDput1-MT (pUV-PRO2)) and a control strain (XUW-TRP (pUV2)) (performed at Fukui Food Processing Research Institute). . Table 10 shows the rice used for preparation.
The strains used for the small preparation test were strains in which multiple copies of PRO2 were introduced into the strain in which wild type PRO1 was replaced with mutant PRO1 (pro1 D154N ) (XUDput1-MT (pUV-PRO2)), and XUW-14 strain as a control A strain (XUW-TRP (pUV2)) in which trp1 was complemented with pRS414 (TRP1) and ura3 was complemented with pUV2 (URA3) was used.

培養方法によって菌体内のプロリンの蓄積量に差が生じるため、両菌株をYPD培地(30ml、30℃、2日間)で振とうまたは静置の2種類の方法で前培養し、その後n=5(うち1本はサンプリング用)で総米200g、麹歩合20%、汲水歩合130%、発酵温度15℃一定の条件で仕込みを行った。   Since there is a difference in the amount of proline accumulated in the cells depending on the culture method, both strains are pre-cultured in YPD medium (30 ml, 30 ° C, 2 days) by two methods of shaking or standing, and then n = 5 (One of them for sampling) The total rice was 200 g, the feed rate was 20%, the pumping rate was 130%, and the fermentation temperature was 15 ° C.

Figure 0005430813
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小仕込み試験終了後、清酒中の各成分を分析し、醸造特性を比較した。その測定結果を表11に示す。   After the small preparation test, each ingredient in sake was analyzed and brewing characteristics were compared. The measurement results are shown in Table 11.

Figure 0005430813
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表11から明らかなとおり、水に対する酒の比重を表わす日本酒度(SM値)については、プロリン蓄積株(XUDput1-MT(pUV-PRO2))の方が対照株(XUW-TRP(pUV2))よりも著しく低い値を示した。酒の比重は、糖分を中心とするエキス分が多いほど大きくなり(重くなり)、日本酒度はマイナス(−)に傾く。一方、エキス分が少ないほど小さくなり(軽くなり)、日本酒度はプラス(+)に傾く。一般に、発酵の進行に伴い糖分は減少し、エタノール量が増加するため比重は小さくなり、日本酒度は高くなる。しかしながら、プロリン蓄積株と対照株では発酵の指標となる炭酸ガス減量、エタノール生産量、グルコース消費量などの基本的な醸造特性に変化はなかった。   As is clear from Table 11, regarding the degree of sake (SM value) representing the specific gravity of sake relative to water, the proline-accumulating strain (XUDput1-MT (pUV-PRO2)) is better than the control strain (XUW-TRP (pUV2)). Also showed a remarkably low value. The specific gravity of sake increases as the amount of extract, mainly sugar, increases (heavier), and the degree of sake tends to minus (-). On the other hand, the smaller the extract, the smaller (lighter), and the degree of sake tends to be positive (+). In general, as the fermentation progresses, the sugar content decreases and the amount of ethanol increases, so the specific gravity decreases and the sake level increases. However, there were no changes in basic brewing characteristics such as carbon dioxide loss, ethanol production, and glucose consumption, which are indicators of fermentation, between the proline-accumulating strain and the control strain.

次に、清酒中のアミノ酸含量を測定した。その結果、プロリン蓄積株では菌体内のプロリン含量は予想通り増加しており(振とう:約2倍増加(0.13%→0.25%乾燥重量)、静置:約2倍増加(0.19%→0.31%乾燥重量)、清酒中のプロリン含量も著しく増加していた(振とう:4.7倍増加(196→920mg/L)、静置:5.2倍増加(171→883mg/L)。またプロリン蓄積株ではアスパラギン酸、スレオニン、ロイシンなどのアミノ酸も増加しており、その結果、総アミノ酸含量も約30%増加していた(約1g/L増加)。ただし、アラニンだけはプロリン蓄積株の方が減少していた。   Next, the amino acid content in sake was measured. As a result, the proline content in the bacterial cells in the proline-accumulating strain increased as expected (shaking: about 2-fold increase (0.13% → 0.25% dry weight), standing: about 2-fold increase (0.19% → 0.31% Dry weight), the proline content in sake was also significantly increased (shaking: 4.7 times increase (196 → 920 mg / L), standing: 5.2 times increase (171 → 883 mg / L). In the accumulating strains, amino acids such as aspartic acid, threonine, and leucine also increased, and as a result, the total amino acid content also increased by about 30% (about 1 g / L increase). Decreased.

また、有機酸含量を比較すると、プロリン蓄積株ではクエン酸、リンゴ酸(爽やかな酸味)、コハク酸(旨み)など清酒にとって好ましいとされる有機酸が増加しており、逆に少ない方が好ましいとされる酢酸は減少していた。全般的な有機酸含量は、プロリン蓄積株の方が増加する傾向にあった(約100-200mg/L増加)。   In addition, when comparing the organic acid content, proline accumulating strains have increased organic acids that are preferred for sake such as citric acid, malic acid (fresh acidity), and succinic acid (umami). The amount of acetic acid considered decreased. The overall organic acid content tended to increase in the proline accumulating strain (approximately 100-200 mg / L increase).

さらに、香気成分(高級アルコール、エステル、アルデヒドなど)についても測定したが、両菌株で顕著な差は見られなかった。また、両菌株から製造した清酒について簡易的な官能評価を行った。その結果、両者には風味や味に差が見られ、プロリン蓄積株の方が相対的に味や風味がソフトで(軽い)、飲みやすいという評価を得た。以上の結果から、プロリン蓄積株では清酒中および菌体内のプロリン含量が著しく増加しており、総アミノ酸や有機酸の含量も増加していた。   In addition, aroma components (higher alcohols, esters, aldehydes, etc.) were also measured, but no significant difference was found between the two strains. Moreover, simple sensory evaluation was performed about the sake produced from both strains. As a result, there was a difference in flavor and taste between the two, and the proline-accumulating strain was evaluated as having a relatively soft (light) taste and flavor and easy to drink. From the above results, the proline-accumulating strains had a markedly increased proline content in sake and in the cells, and the total amino acid and organic acid contents also increased.

酵母は清酒製造環境において高濃度エタノール、低温などのストレスを受けており、これらストレスを長時間受けると、多くの細胞内タンパク質は変性をきたし、酵母の有用機能(エタノール産生能力)が制限される。ところが、本発明の酵母は、細胞内に多くのプロリンを蓄積しており、かつ、その一部を細胞外に放出する。ところで、前述のとおり、プロリンは甘いアミノ酸に属し、しかもエタノールから酵母を保護する作用を有し、また、本発明の酵母は、従来の酵母の醸造特性(グルコース消費量、エタノール生産量、炭酸ガス減量など)をそのまま維持しているので、プロリン含量の多い甘口の清酒を効率よく製造することができる。また、本発明のプロリン蓄積型形質転換酵母は、プロリンを多産することから、清酒に限らず、甘口の醗酵食品・醸造食品の製造にも有用である。   Yeast is subjected to stresses such as high-concentration ethanol and low temperature in the sake production environment, and when subjected to these stresses for a long time, many intracellular proteins are denatured and the useful functions (ethanol production ability) of yeast are limited. . However, the yeast of the present invention accumulates a large amount of proline in the cell and releases a part of it to the outside of the cell. By the way, as described above, proline belongs to a sweet amino acid and has an action of protecting the yeast from ethanol, and the yeast of the present invention has the brewing characteristics of conventional yeast (glucose consumption, ethanol production, carbon dioxide gas). (Such as weight loss) is maintained as it is, and sweet sake with a high proline content can be produced efficiently. Further, since the proline-accumulating transformed yeast of the present invention produces many prolines, it is useful not only for sake, but also for the production of sweet fermented foods and brewed foods.

酵母(サッカロマイセス(Saccharomyces)属セレビシエ(cerevisiae))におけるプロリンの代謝経路に関する説明図である。It is explanatory drawing regarding the metabolic pathway of proline in yeast (Saccharomyces genus cerevisiae). 清酒酵母のPUT1破壊株の作製に関する説明図である。It is explanatory drawing regarding preparation of the PUT1 destruction strain of sake yeast. 変異型PRO1遺伝子(pro1D154N)への置換に関する説明図である。It is explanatory drawing regarding substitution to a mutant type PRO1 gene (pro1 D154N ).

Claims (3)

下記工程を含んでなる、清酒酵母を用いた、細胞内に蓄積したプロリンの一部を醸造の際に細胞外へ分泌する能力を有するプロリン蓄積型形質転換酵母の作出方法。
a)酵母内プロリン代謝経路において、プロリン分解酵素であるプロリン酸化酵素の遺伝子を破壊することからなるプロリン分解系を抑制する工程、
b)酵母内プロリン代謝経路において、プロリン合成酵素であるγ−グルタミン酸リン酸化酵素をコードする遺伝子のAsp154をAsnで置換することからなるプロリン合成系を強化する工程、及び
c)細胞内にプロリンを蓄積する菌株を選別分離する工程。
A method for producing a proline-accumulating transformed yeast having the ability to secrete a portion of proline accumulated in cells to the outside during brewing, using sake yeast comprising the following steps.
a) a step of suppressing a proline degrading system consisting of destroying a gene of a proline oxidase that is a proline degrading enzyme in a proline metabolic pathway in yeast,
b) In the yeast proline metabolic pathway, the step of strengthening the proline synthesis system consisting of substituting Asn of Asp154 of the gene encoding γ-glutamate phosphorylase, a proline synthase, and c) proline in the cell A process of selecting and separating the accumulated strains.
請求項1に記載の方法によって得られるプロリン蓄積型形質転換酵母XUDput1-MT(FERM P−20171)。   A proline-accumulating transformed yeast XUDput1-MT (FERM P-20171) obtained by the method according to claim 1. 請求項2に記載のプロリン蓄積型形質転換酵母を用いて醸造を行うことを特徴とする清酒の製造方法。A method for producing sake, wherein brewing is performed using the proline-accumulating transformed yeast according to claim 2.
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